TWI398545B - 有機金屬化學氣相沉積機台 - Google Patents

Description

有機金屬化學氣相沉積機台

本發明是有關於一種化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition；CVD)機台，且特別是有關於一種有機金屬化學氣相沉積(Metal-Organic CVD；MOCVD)機台。

在發光二極體(LED)之製程中，各半導體層之磊晶程序係相當重要的步驟。發光二極體的磊晶程序中，一般是以有機金屬化學氣相沉積(Metal-Organic CVD；MOCVD)機台進行，並需要利用晶圓承載盤(Wafer Susceptor)來裝載晶圓以進行磊晶製程。

請參照第1圖，其係繪示一種傳統有機金屬化學氣相沉積機台之裝置示意圖。傳統有機金屬化學氣相沉積機台200主要包含反應腔體202、旋轉座204、晶圓承載盤206、加熱器208、以及噴氣頭216。

半導體材料層之磊晶作業係在反應腔體202內進行。反應腔體202一般具有開口220，以利於將數個晶圓經由開口220放置於晶圓承載盤206上。此外，反應腔體202可根據製程需求，而選擇性地設置至少一排氣口222。其中，排氣口222通常係設置在反應腔體202之下部，以利多餘之反應氣體與製程所產生廢氣排出。旋轉座204設置在反應腔體202內。旋轉座204之結構可例如為空心柱體、或為支架結構。旋轉座204可根據製程需求，而在反應腔體202內原處自轉。

晶圓承載盤206係用以承托與裝載數個晶圓212，以使晶圓212於反應腔體202內進行磊晶製程。晶圓承載盤206設置在旋轉座204上，而為旋轉座204所支撐。晶圓承載盤206可利用例如卡固方式，固定在旋轉座204上。因此，當旋轉座204旋轉時，可帶動固定在其上之晶圓承載盤206旋轉，進一步帶動晶圓承載盤206上的晶圓212轉動。

如第1圖所示，加熱器208設置在晶圓承載盤206之下方，且設置在旋轉座204之內，以對晶圓承載盤206上的晶圓212進行加熱處理。其中，加熱器208的運作較佳係獨立於旋轉座204。亦即，旋轉座204的旋轉並不會帶動加熱器208轉動，使得晶圓在受到加熱器均勻受熱的情況下，進行製程。

噴氣頭216設置在反應腔體202上，且覆蓋在反應腔體202之開口220上。噴氣頭216之下表面具有多個噴氣孔217並與晶圓承載盤206上之晶圓212相面對。因此，進入噴氣頭216的反應氣體218，可透過噴氣孔217而朝反應腔體202施放，反應氣體218於反應腔體於製程條件下進行化學反應後，而在晶圓承載盤206之表面210以及晶圓212之表面上進行例如磊晶等沉積步驟。傳統之晶圓承載盤206的設計都是以2吋晶圓承載區來佈滿整個晶圓承載盤。其中，由於這些晶圓承載區的尺寸小，因此可以較緊密排列方式設置，進而可獲得較大的晶圓承載盤利用效率。

隨著製程技術的進步，所採用之晶圓尺寸也逐漸增加。舉例而言，在發光二極體的製作上，藍光磊晶基板由原先的2吋發展至現今的4吋。基板尺寸的增加一般的目的係用以降低後續晶粒製程之成本。但是，受限於原反應腔體之尺寸，而無法擴大晶圓承載盤之尺寸。此時，晶圓承載盤之承載區重新規劃調整來裝載4吋晶圓後，所能設置之4吋晶圓承載區的數量會大幅縮減至7個。請參照第2圖，其係繪示一種4吋晶圓承載盤之上視圖。晶圓承載盤206一般係為圓形平板狀結構。在晶圓承載盤206之表面210上設置有多個晶圓承載區214。這些晶圓承載區214通常係設置在晶圓承載盤206之表面210上的凹陷區域(Pocket)，以利穩固地裝載晶圓。

在傳統晶圓承載盤206中，晶圓承載區214全部為圓形凹陷。但是，受限於晶圓承載區214的形狀，圓形凹陷與圓形凹陷之間產生不可避免的間隙，使得這些晶圓承載區214無法緊密地排列在晶圓承載盤206之表面210上。如此一來，會造成晶圓承載盤206之表面210面積的浪費，使得晶圓承載盤206無法獲得有效運用。而且，晶圓承載盤206所能裝載的晶圓數量也因此而受限。因此，發光二極體之產出數量也會減少，不利於量產。

因此，本發明之一態樣就是在提供一種有機金屬化學氣相沉積機台，其晶圓承載盤包含數個多邊形凹陷區。藉由多邊形凹陷區可邊對邊排列之特性，可使多邊形凹陷區緊密地排列在晶圓承載盤之表面上。故，晶圓承載盤之表面面積可獲得有效利用。

本發明之另一態樣是在提供一種有機金屬化學氣相沉積機台，其晶圓承載盤之承載面的利用率高，因此有效增加可裝載之晶圓的數量。故，可增加發光二極體之產出數量，具有高量產能力。

根據本發明之上述目的，提出一種有機金屬化學氣相沉積機台。此有機金屬化學氣相沉積機台包含反應腔體、旋轉座、晶圓承載盤、加熱器以及噴氣頭(Shower Head)。反應腔體具有一開口。旋轉座設於反應腔體中。晶圓承載盤設於旋轉座上，且旋轉座可帶動晶圓承載盤旋轉。其中，晶圓承載盤包含複數個多邊形凹陷區設於晶圓承載盤之一表面上，這些多邊形凹陷區適用以對應裝載複數個晶圓。加熱器設於晶圓承載盤下方，且位於旋轉座內。噴氣頭則覆蓋在反應腔體之開口上，以朝晶圓承載盤之表面上施放反應氣體。

依據本發明之一實施例，上述之多邊形凹陷區具有相同形狀。

依據本發明之另一實施例，上述之多邊形凹陷區具有不同形狀。

依據本發明之又一實施例，上述之多邊形凹陷區之形狀與對應裝載之晶圓的形狀相同。

依據本發明之再一實施例，上述之每一多邊形凹陷區之至少一邊與相鄰之多邊形凹陷區的至少一邊接合。

藉由在晶圓承載盤上設置可緊密排列之多邊形凹陷區來裝載晶圓，可大幅提升晶圓承載盤之表面積的利用率，進而可增加晶圓承載盤裝載之晶圓數量。因此，可有效提升發光二極體之產出數量，具有相當優異的量產能力。

請參照第3圖，其係繪示依照本發明一實施方式的一種有機金屬化學氣相沉積機台之裝置示意圖。有機金屬化學氣相沉積機台200a主要包含反應腔體202、旋轉座204、晶圓承載盤206a、加熱器208、以及噴氣頭216。有機金屬化學氣相沉積機台200a與第1圖所示之有機金屬化學氣相沉積機台200的裝置大致相同。請一併參照第2圖與第4圖，二者之差異在於，有機金屬化學氣相沉積機台200a之晶圓承載盤206a包含多邊形凹陷區214a與224，並非有機金屬化學氣相沉積機台200之晶圓承載盤206所包含之圓形的晶圓承載區214。

由於，在發光二極體之半導體材料層的磊晶製程中，一定的反應腔體202內經化學反應產生之磊晶生成物是整面性地沉積在晶圓承載盤206a表面。因而，沉積於晶圓之間間隙位置的磊晶層，由於無法進行後續製程而造成無端之浪費。因此，在同樣的反應腔體空間所能處理的元件數量越多，可以降低元件的製作成本。由此可知，晶圓承載盤206a的設計會影響元件產出數量的多寡。

在本實施方式中，晶圓承載盤206a之表面210上包含數個多邊形凹陷區214a與224。其中，這些多邊形凹陷區214a與224凹設在晶圓承載盤206a之表面210中，以穩固地承托晶圓212a於反應腔體202內進行製程。

在第4圖所示之實施例中，這些多邊形凹陷區214a與224均具有相同的形狀，例如均為六邊形。但在另一些實施例中，這些多邊形凹陷區214a與224可具有不同形狀，例如為六邊形與三角形之組合。多邊形凹陷區214a與224之形狀可與其所對應裝載之晶圓212a的形狀相同，但亦可不同。舉例而言，當多邊形凹陷區214a為六邊形凹陷時，其可裝載六邊形的晶圓212a，但亦可裝載四邊形或圓形等其他形狀的晶圓212a。

此外，在一實施例中，每個多邊形凹陷區具有相同尺寸，亦即每個凹陷區大小一致且形狀相同。在另一些實施例中，每個多邊形凹陷區可具有相同形狀，但具有至少二不同尺寸，例如第4圖所示之多邊形凹陷區214a與224具有相同形狀，但多邊形凹陷區214a之尺寸大於多邊形凹陷區224的尺寸。

在一實施例中，晶圓承載盤206a之多邊形凹陷區的形狀可為三角形、四邊形、五邊形、六邊形或八邊形等有利於緊密排列的多邊形。在本實施方式中，為了更有效率的利用晶圓承載盤206a之表面210的面積，緊密排列這些多邊形凹陷區214a與224，以使每個多邊形凹陷區214a與224至少有一邊與相鄰之多邊形凹陷區214a與224的至少一邊接合，如第4圖所示。

請同時參照第1圖與第3圖所示，本實施方式之多邊形凹陷區214a與224中相鄰二者之間的間距明顯較第1圖之晶圓承載區214中相鄰二者之間的間距小。因此，相較於傳統承載盤206，本實施方式之承載盤206a的裝載面積可獲更有效地利用，進而可提升元件之生產效率。

多邊形凹陷區214a與224之深度較佳可小於或等於其所對應裝載之晶圓212a的厚度。因此，當晶圓212a裝載在晶圓承載盤206a上時，可使晶圓212a與晶圓承載盤206a之表面210齊高，或者略為高於晶圓承載盤206a之表面210。如此一來，後續在晶圓承載盤206a上之晶圓212a上進行例如磊晶等沉積步驟時，可避免所沉積的材料覆蓋在多邊形凹陷區214a與224之側壁上，進而可避免多邊形凹陷區214a與224之側壁上的沉積物影響製程的進行。

請參照第5圖，其係繪示依照本發明之另一實施方式的一種晶圓承載盤之上視圖。在此實施方式中，晶圓承載盤300所包含之凹設於其表面302上之多邊形凹陷區304的形狀係六邊形。而且，這些多邊形凹陷區304的形狀，可為第5圖中以虛線表示之對應圓306的外接多邊形，例如外接六邊形。由第5圖可知，相較於對應圓306，多邊形凹陷區304的設置可使承載盤300之裝載面積受到更有效地利用。另外，相較於第4圖之發明實施例，本發明實施方式所設計之六邊形實質上具有相同面積大小，且例如小於多邊形凹陷區214a之面積。如此一來，本發明實施方式可以具有更佳之承載盤300面積利用率。

在本發明中，晶圓承載盤之多邊形凹陷區之形狀可為大於或等於三邊之多邊形。請參照第6圖，其係繪示依照本發明之又一實施方式的一種晶圓承載盤之上視圖。在此實施方式中，晶圓承載盤400所包含之凹設於其表面402上之多邊形凹陷區404的形狀為三角形。

以直徑為可承載31片2吋晶圓的380mm承載盤為例。當利用此380mm承載盤來承載31片2吋晶圓時，可覆蓋的面積為97.3896平方吋。如第2圖所示，若利用此承載盤來承載4吋晶圓時，可覆蓋面積為87.9648平方吋，較承載31片2吋晶圓時可覆蓋之面積少了9.7%。如第4圖所示，若利用此承載盤來承載4吋直徑圓之外接六邊形、以及六片尺寸比較小但同樣為六邊形的晶圓時，可覆蓋面積增加了29.815平方吋，而覆蓋率增加達33.894%。

由上述本發明之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之有機金屬化學氣相沉積機台的晶圓承載盤包含數個多邊形凹陷區，可緊密地排列在晶圓承載盤之表面上。因此，磊晶沉機步驟幾乎均在晶圓表面進行，而非浪費於晶圓承載盤之間隙區域，晶圓承載盤之表面面積可獲得有效利用。

由上述本發明之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為在本發明之有機金屬化學氣相沉積機台中，晶圓承載盤之承載面的利用率高，因此有效增加可裝載之晶圓的面積。故，可增加發光二極體之產能，而可提高生產效率，具有高量產能力。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

200．．．有機金屬化學氣相沉積機台

200a．．．有機金屬化學氣相沉積機台

202．．．反應腔體

204．．．旋轉座

206．．．晶圓承載盤

206a．．．晶圓承載盤

208．．．加熱器

210．．．表面

212．．．晶圓

212a．．．晶圓

214．．．多邊形凹陷區

214a．．．多邊形凹陷區

216．．．噴氣頭

217．．．噴氣孔

218．．．反應氣體

220．．．開口

222．．．排氣口

224．．．多邊形凹陷區

300．．．晶圓承載盤

302．．．表面

304．．．多邊形凹陷區

306．．．對應圓

400．．．晶圓承載盤

402．．．表面

404．．．多邊形凹陷區

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖係繪示一種傳統有機金屬化學氣相沉積機台之裝置示意圖。

第2圖係繪示一種傳統晶圓承載盤之上視圖。

第3圖係繪示依照本發明一實施方式的一種有機金屬化學氣相沉積機台之裝置示意圖。

第4圖係繪示依照本發明一實施方式的一種晶圓承載盤之上視圖。

第5圖係繪示依照本發明之另一實施方式的一種晶圓承載盤之上視圖。

第6圖係繪示依照本發明之又一實施方式的一種晶圓承載盤之上視圖。

206a．．．晶圓承載盤

210．．．表面

214a．．．多邊形凹陷區

224．．．多邊形凹陷區

Claims (10)

1. 一種有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)機台，包含：一反應腔體，具有一開口；一旋轉座，設於該反應腔體中；一晶圓承載盤，設於該旋轉座上，且該旋轉座可帶動該晶圓承載盤旋轉，其中該晶圓承載盤包含複數個多邊形凹陷區設於該晶圓承載盤之一表面上，該些多邊形凹陷區適用以對應裝載複數個晶圓；一加熱器，設於該晶圓承載盤下方，且位於該旋轉座內；以及一噴氣頭，覆蓋在該反應腔體之該開口上，以朝該晶圓承載盤之該表面上施放一反應氣體。
2. 如請求項1所述之有機金屬化學氣相沉積機台，其中該些多邊形凹陷區具有相同形狀。
3. 如請求項1所述之有機金屬化學氣相沉積機台，其中該些多邊形凹陷區具有不同形狀。
4. 如請求項1所述之有機金屬化學氣相沉積機台，其中該些多邊形凹陷區之形狀與對應裝載之該些晶圓的形狀相同。
5. 如請求項1所述之有機金屬化學氣相沉積機台，其中該些多邊形凹陷區之深度小於或等於對應裝載之該些晶圓的厚度。
6. 如請求項1所述之有機金屬化學氣相沉積機台，其中每一該些多邊形凹陷區之至少一邊與相鄰之該些多邊形凹陷區的至少一邊接合。
7. 如請求項1所述之有機金屬化學氣相沉積機台，其中該些多邊形凹陷區具有相同尺寸。
8. 如請求項1所述之有機金屬化學氣相沉積機台，其中該些多邊形凹陷區具有至少二不同尺寸。
9. 如請求項1所述之有機金屬化學氣相沉積機台，其中該些多邊形凹陷區之形狀為三角形、四邊形、五邊形、六邊形或八邊形。
10. 如請求項1所述之有機金屬化學氣相沉積機台，其中該加熱器不為該旋轉座所帶動旋轉。